مع التحسين المستمر لمستوى المعيشة، زادت اهتمامات الجمهور بسلامة الأغذية. في هذا السياق، أصبحت قابلية تتبع الفواكه، خاصة الفواكه الخضراء، متطلبًا موضوعيًا. حاليًا، يتم pasting ملصقات الباركود الورقية على سطح الفواكه كوسيلة رئيسية لتحقيق تتبع الفاكهة. ومع ذلك، فإن بعض الملصقات الورقية عرضة للسقوط، مما يؤدي إلى فقدان المعلومات الحيوية، بينما يتم تثبيت البعض الآخر بشكل محكم للغاية بحيث يصعب إزالتها غالبًا. لذلك، تختار هذه الدراسة البرتقال كموضوع للبحث وتهدف إلى استخدام تقنية الليزر لحفر رموز الاستجابة السريعة (QR codes) مباشرة على سطح الفاكهة. من خلال مقارنة تأثيرات العلامات باستخدام نبضات ليزر فائقة القصر (picosecond - ps) ونبضات ليزر قصيرة (nanosecond - ns)، تسعى إلى تقديم تقنية علامات ذات رموز استجابة سريعة واضحة ودائمة لتتبع الفواكه.
النظام الكهربائي آلة الوسم يتكون من ليزر، نظام بصري، نظام معالجة التحكم العددي، ونظام تحكم كمبيوتر. البنية المحددة موضحة في الشكل 1.
الشكل 1 رسم تخطيطي لجهاز العلامات الليزرية
مبدأ عمل الـ آلة الوسم هي كالتالي: يستخدم التأثير الفوتوحراري للشعاع الليزري لتبخر المادة السطحية للمادة، مما يكشف عن المادة الكامنة، أو يشوي جزءًا من المادة باستخدام طاقة الضوء لإظهار الأنماط والرموز المنحوتة. لتحقيق احتياجات المعالجة المختلفة، يحتاج الليزر الصادر من الليزر إلى نقل ومعالجة بواسطة النظام البصري. يتكون النظام البصري في آلة العلامات بشكل أساسي من نظام عدسات التركيز والمجال. الليزرات هي ليزر Nd:YAG النانوسيكунدي المضخوم بالجانب半导体 وليزر pikosecond.
برنامج العلامات هو برنامج CS Mark سلسلة العلامات الذي طورته شركة Beijing Century Sunny Technology Co., Ltd. إنه برنامج تطبيقي للعلامات تم تصميمه خصيصًا لـ تعليم بالليزر , يدمج وظائف تحرير الرسومات القوية ووظائف العلامات المختلفة. عند استخدامه مع بطاقة التحكم والجالفانومتر الضوئي، يمكنه تلبية متطلبات المعالجة الليزرية عالية الدقة والسرعة.
تستخدم مصدر ليزر النبضات النانوية قصيرة الصنع الذاتي Nd:YAG مع نظام تبديل صوتي ضوئي Q، والذي يعمل بتردد 3 كيلوهرتز، وعرض نبضة 15 نانوثانية، وطول موجة خرج 532 نانومتر. يستخدم مصدر ليزر النبضات pikosecond فائق القصر عصا Nd:YVO₄ بنظام MOPA المغلق بالنمط (Penny-pico-10, شركة زيوين لتكنولوجيا الليزر)، بطول موجة خرج 532 نانومتر، قوة قصوى 10 واط، عرض نبضة 5 Pikosecond، وتردد عمل من 1 إلى 100 كيلوهرتز.
تم اختيار البرتقال الذي تم شراؤه في نفس الدفعة مع درجة مماثلة من نعومة السطح. استُخدمت نبضات ليزر بيكوسكندية ونبضات ليزر نانوسكندية لوضع علامات على أسطحها على التوالي، وتكررت كل طريقة 10 مرات. بعد ذلك، تم استخدام ميكروسكوب قطبي (OLYMPUS - BX51, Olympus Corporation) لمراقبة وتحليل النتائج عند تكبير 100X لمقارنة وتحليل تأثير وضع العلامات بواسطة الليزرين المختلفين على قشور البرتقال.
المعلمات مثل جودة الشعاع، وعرض النبضة، وطاقة الليزر ستؤثر على دقة وضع العلامات بالليزر، مما يؤثر بدوره على جودة وفعالية العلامات. تم ضبط عرض النبضة للليزر النانوسكندي والليزر البيكوسكندي إلى الحالة الأمثل. كان عرض النبضة الخارجي للليزر النانوسكندي كما قيست باستخدام جهاز الاستشعار الظاهري للموجات الكهرومغناطيسية 8.48 نانوثانية، بينما كان عرض النبضة للليزر البيكوسكندي 14.2 بيكوثانية.
أظهرت العديد من التجارب أن قوة الليزر، وسرعة العلامات، ومسافة الخطوط هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على جودة شريط الباركود. كلما كانت تردد الليزر أعلى ووقت النبضة أقصر، كانت سرعة العلامة أسرع ومسافة الخطوط أصغر، مما يؤدي إلى نتيجة علامة أفضل.
بعد استيراد صورة الرمز ثنائي الأبعاد إلى آلة العلامات بالنانوثانية من خلال واجهة USB، تم ضبط موقع قشر البرتقال باستخدام منصة الترجمة الخاصة بها، ثم بدأت عملية العلامات. تم ملاحظة النتائج تحت مجهر قطبي بقوة تكبير 100X، كما هو موضح في الشكل 2.
الشكل 2 نتائج العلامات بالنانوثانية
تم استيراد الرسم البياني للرمز ثنائي الأبعاد إلى برنامج الكمبيوتر الخاص بليزر البيكوثانية. بعد تشغيل التبريد بالماء وضبط مستوى البؤرة، تم إجراء العلامات على سطح قشر البرتقال. تم ملاحظة النتائج تحت مجهر قطبي بقوة تكبير 100X، كما هو موضح في الشكل 3.
الشكل 3 نتائج العلامات بالبيكوثانية
من خلال ملاحظة العلامات على قشور البرتقال تحت المجهر القطبي، تبين أن كل من الليزر البيكوسكوندي والليزر النانوسكوندي يمكن أن يسبب تغييرات شكلية واضحة على سطح قشر البرتقال ويطبع علامات واضحة نسبيًا. ومع ذلك، فإن الليزر البيكوسكوندي يطبع خطوطًا ذات مستقيم أفضل وحواف ناعمة وواضحة على سطح قشر البرتقال، ويسبب ضررًا أقل للجلد الخارجي. في المقابل، تكون الخطوط المطبوعة بواسطة الليزر النانوسكوندي على سطح قشر البرتقال أقل انتظامًا، وتشوش أكبر في الحواف الخارجية للعلامات.
أبرز المعلمة المؤثرة مباشرة على جودة العلامة هي القوة الذروية، والتي تكون عكسية التناسب مع عرض نبضة الليزر. لذلك، كلما قلت مدة النبضة زادت القوة الذروية. عند مقارنة ليزر النانوثانية مع ليزر pikosecond، فإن الشعاع الليزري الذي يصدره ليزر pikosecond يتميز بعرض نبضة أضيق، وطاقة أعلى، ودقة أكبر. تظهر تأثيرات التحلل الضوئي الكيميائي على سطح القشرة البرتقالية بشكل واضح، مما يؤدي إلى حدوث تكربن على حافات رمز الاستجابة السريعة (QR code)، دون وجود شقوق صغيرة أو شظايا سطحية واضحة، مما يجعل الحدود أكثر وضوحًا.
لتحقيق رموز استجابة سريعة (QR) ثنائية الأبعاد واضحة ودائمة لتتبع الفاكهة دون التأثير على الصالحية للأكل، تم إجراء تجربة مقارنة لدراسة إمكانية استخدام التكنولوجيا الليزرية لطباعة علامات على أسطح الفاكهة. تم اختيار البرتقال كموضوع للبحث، واستُخدمت ليزرات النانوثانية والليزرات البيكوثانية لطباعة رموز QR على قشور البرتقال على التوالي، مع ملاحظة التغيرات على سطح القشرة. تظهر نتائج التجربة أن الليزر ذا النبض البيكوثاني يمتلك دقة طباعة أعلى، وعمق علامة أكبر، وخطوط علامات أكثر وضوحًا مقارنة بالليزر ذا النبض النانوثاني.
EN
AR
CS
NL
FR
DE
IT
JA
KO
PL
PT
RU
ES
UK
TH
TR